Question

碳化硅(SiC) 、氧化鋁(Al₂O₃) 和氮化硅（Si₃N₄）是優良的高溫結構陶瓷，在工業生產和科技領域有重要用途。宇宙火箭和導彈中，大量用鈦代替鋼鐵。
(1)Al的離子結構示意圖為                  ；
Al與NaOH溶液反應的離子方程式為                                         
(2)氮化硅抗腐蝕能力很強，但易被氫氟酸腐蝕，氮化硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和一種銨鹽，
其反應方程式為                                                
（3）工業上用化學氣相沉積法制備氮化硅，其反應如下：
3SiCl₄(g) + x N₂(g) + 6 H₂(g)   Si₃N₄(s) + 12 HCl(g)   △H＜0  
在恒溫、恒容時，分別將0.3mol SiCl₄(g)、0.2mol N₂(g)、0.6mol H₂(g)充入2 L密閉容器內，進行上述反應，5 min達到平衡狀態，所得HCl(g)為0.3mol/L、 N₂為0.05 mol/L
① H₂的平均反應速率是                       
② 反應前與達到平衡時容器內的壓強之比=           
③ 系數 x =     
(4)已知：TiO₂(s)＋2Cl₂(g)===TiCl₄(l)＋O₂(g)  ΔH₁＝＋140 kJ·mol^－1
C(s)＋O₂(g)=== CO(g)    ΔH₂ ＝－110 kJ·mol^－1
寫出TiO₂和焦炭、氯氣反應生成TiCl₄和CO氣體的熱化學方程式：
                                                                              。

Answer 1

（共10分）（1）（1分）   2Al +2OH^-+2H₂O＝2AlO₂ + 3H₂↑  (2分）
（2）Si₃N₄ +16HF＝3SiF₄ + 4NH₄F （2分）
（3）①0.03mol／(L·min)  ②11:12  ③x=2    （1分/空，若沒有帶單位不得分）
（4）TiO₂(s)＋2Cl₂(g)+2 C(s) ===TiCl₄(l)＋ 2 CO(g)    ΔH ＝ - 80 kJ·mol^－1(2分）

試題分析：(1)鋁離子的核外電子數是8個，所以離子結構示意圖為。金屬鋁能和氫氧化鈉溶液反應生成氫氣和偏鋁酸鈉，反應的離子方程式是2Al +2OH^-+2H₂O＝2AlO₂ + 3H₂↑。
（2）氮化硅與氫氟酸反應生成四氟化硅和一種銨鹽，則根據原子守恒可知，該銨鹽應該是氟化氨，因此反應的化學方程式是Si₃N₄ +16HF＝3SiF₄ + 4NH₄F。
（3）            3SiCl₄(g) + x N₂(g) + 6 H₂(g)   Si₃N₄(s) + 12 HCl(g)
起始量（mol）    0.3        0.2       0.6                0         0
轉化量（mol/L）  0.15       0.05x     0.3               0.05       0.6
平衡量（mol/L）  0.15     0.2－0.05x  0.3               0.05       0.6
則① H₂的平均反應速率是＝0.03mol／(L·min)
② 反應前與達到平衡時容器內的壓強之比是
③0.2－0.05x＝0.1
解得x＝2
（4）根據蓋斯定律可知，①＋②×2即得到反應TiO₂(s)＋2Cl₂(g)+2 C(s) ===TiCl₄(l)＋ 2 CO(g)，所以該反應的反應熱ΔH ＝140 kJ/mol -110 kJ/mol×2＝－80 kJ·mol
點評：該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題。試題基礎性強，在注重考查學生基礎知識的同時，側重考查學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力。有助于培養學生的邏輯推理能力，和規范的答題能力。